添加剂dtbp改善hcci着火的数值模拟与试验研究

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1、成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集1添加剂DTBP改善HCCI着火的数值模拟与试验研究李韫喆纪常伟何超何洪（北京工业大学环境与能源工程学院北京100022）摘要：结合PRF和DTBP详细的化学反应动力学机理，应用HCCI单区燃烧模型对添加剂过氧化二叔丁基（DTBP）改善HCCI着火的能力进行了数值模拟,数值模拟结果表明，混有添加剂（DTBP）的基础燃料能够有效地改善HCCI着火，随着DTBP质量分数的增加，着火明显提前，但过多的添加剂不利于发动机正常工作。随着发动机转速提高，添加剂质量分数应增加，以避免失火。发动机运行参数对H

2、CCI燃烧起到显著影响，提高进气温度、进气压力和压缩比，着火提前，提高发动机转速导致着火滞后。关键词：HCCI着火；燃料添加剂；数值模拟；化学动力学；实验[1]添加分数以及不同工况下添加剂的作用效果工作量HCCI作为一种高效、低NOx和PM排放的[2]很大，为此，利用基础燃料（PRF90）[10-12]和添加剂新型燃烧方式近年来受到了普遍关注，但目前[13-14]在实际应用上还存在着较大的问题，如运行工况范DTBP的详细化学反应动力学机理以及HCCI单围狭窄，燃烧过程难以控制。HCCI着火与燃烧主要区燃烧模型，在对模型进行实验验证的基础上，通受混合气的化学反应动力学

3、和燃烧边界条件所控过数值模拟，优化出不同工况下的添加剂的剂量，制，因此可通过可变压缩比[3]、可变气门正时[4]、进并对运行参数和添加剂对HCCI燃烧的影响进行了气预热[5]、燃料添加剂[6-7]等方法来改善HCCI发动机分析。的着火并拓宽其工况范围，然而可变压缩比、可变1燃烧及反应动力学计算模型选择和分析气门正时等技术目前尚不成熟且价格较贵，短期内难以推广使用，而进气预热时间较长，难以满足车辆瞬态控制的实际要求。采用单区零维燃烧模型和燃料详细化学动力学燃料添加剂的使用为HCCI的研究带来了一条机理模拟HCCI燃烧。单区模型将HCCI发动机燃烧室新的可行途径，它在较

4、低温度下分解产生的活性自看作一个可变容积的均匀反应器，假定混合气浓度、由基能使HCCI燃烧反应在较低温度下进行，进而改温度及压力均匀。为使计算简化，更好地分析添加[6]善HCCI发动机的着火性能。Alam等在十六烷值极剂对其燃烧特性的影响，模型不考虑传热。模拟软低的LPG中添加DTBP使LPG的十六烷值达到60，成件为美国Sandia国家实验室开发的的大型气象化学[7]为可压燃着火的柴油机燃料。Eng等研究了DTBP和等离子体动力学分析软件CHEMKIN。添加到汽油中对HCCI燃烧的影响，表明DTBP可有由于HCCI燃烧主要受燃料与空气反应的化学动效提前最大放热率的

5、位置，拓展低负荷的范围，但力学所控制，因此燃料化学动力学模型的准确程度对添加量超过2%后，作用增加不明显，原因是自由基计算结果具有决定性影响。美国LawrenceLivermore发生复合反应。国家实验室开发的PRF（primaryreferencefuels）研究表明[8,9],碳氢燃料的低温氧化反应动力学[10-12]氧化反应详细动力学模型，涉及1034种物质，对燃料的着火时刻有非常重要的影响，故本文尝试[13]4236个基元反应。1990年Griffiths提出了包含27在高辛烷值燃料(PRF90-vol.90%isooctane+10%种物质，69个基元反应

6、的DTBP氧化机理，但其试验是n-heptane)中添加过氧化二叔丁基（DTBP），通过活在低温条件下进行，未考虑到高温和最后阶段的氧性添加剂在低温反应过程中放出的热量和产生的大[14]化。Daeyup等基于CHEMKIN软件，采用39组分、126量活性自由基，来改善燃料的着火性能，达到扩展计算，结果表明，在高压、低温条件下，DTBP能有效工况的目的。然而单靠发动机实验来确定添加剂的作者简介：李韫喆(1982－)男,硕士生，主要研究方向为HCCI燃烧与建模。联系人：纪常伟,chwji@bjut.edu.cn基金项目：国家自然科学基金（50522202）成都，2007

7、年8月李韫喆等，添加剂（DTBP）改善HCCI着火的数值模拟及试验研究2燃进气管空气油ECU料泵喷油器转角箱传感显示器器测功机第4缸第3缸第2缸第1缸计算机飞轮缸压AD数据电荷放传感器采集板大器排气管废气图1HCCI发动机试验系统图减少着火延迟，在低压、高温下，DTBP的作用可忽略，3.1模型验证而且DTBP的作用主要是通过分解放热提高混合气温为了验证模型的可靠性，将在指定工况下计算度实现着火提前。得到的缸压与试验测得的缸压进行对比。图2为本文使用的HCCI化学反应动力学模型综合了PRFn=1400r/min时，使用在PRF90中添加有2%质量分数和DTBP的氧